基于炸药单耗对矿石机械破磨能耗影响的试验研究

王锐，耿图禹，赵丽君

（鞍钢矿业爆破有限公司，辽宁 鞍山 114046）

选矿过程中一般涉及到矿岩的初破、中破、细破及碾磨等阶段，为了保证破磨过程的顺利进行，需要对各工序的设备投入量、各工序的衔接过程等进行优化设计，并需要在生产过程中根据块度及岩性对各类设备的工作状态进行动态调整[1-4]。在矿山开采的工作中，会发生很多的因素导致机械受到破坏和磨损，这就产生了一定的经济问题[5-6]。想要减低工作时机械的磨损程度，就要弄清其产生影响的因素，爆破工序就是极为重要的一点，其中炸药单耗对爆破效果起着决定性的作用[1，7-9]。

以往研究表明，随着孔网参数的变大炸药单耗减小的情况下，破碎块度逐渐增大，破碎效果逐渐变差，系统破裂度逐渐增大，平均损伤因子逐渐增大，通过上述数据可看出增大单耗可以明显改善爆破效果。本文在上述研究成果基础上，在某矿北采针对透闪矿石区域开展台阶爆破试验研究，进一步分析了炸药单耗对后续机械破磨能耗的影响。台阶爆破结果表明，随着炸药单耗的增大，矿石的爆破块度总体呈现出减小的趋势；相同碾磨时间下小于75 um矿粉的占比基本呈逐渐增大趋势，当炸药单耗超过某一范围数值时，占比基本不变。由此可以认为，在台阶爆破情况下，通过控制其他变量不变的情况下，存在最佳的炸药单耗，使矿石破碎效率最优，可以通过调整炸药单耗来降低机械破磨能耗费用。

1 炸药单耗对爆破效果的现场小台阶试验

在前期预研和分析工作基础上[10]，在某矿山北采透闪矿区开展小台阶爆破试验研究，以期为工程设计提供有力的数据支持。小台阶试验的尺度缩比大致为1：10，通过改变孔网负担面积来控制单耗药量，随着认识的不断深入，并结合现场的施工条件，开展小台阶试验前对以上孔网参数做了适当调整。首先进行连续装药结构的试验，分为6个不同爆破参数的区域，每区16个孔，布孔形式为矩形，每孔用2发雷管在孔底起爆。根据每孔的平均负担面积，单耗药量变化范围为0.21 kg/t～0.56 kg/t。最终试验参数如表1所示。

表1 小台阶试验实际采用的孔网参数

1.2 现场爆破试验及块度测试

爆破前首先进行了孔网参数的测量及确认，测量完毕后进行起爆网络的连接。起爆网络连接并检查完毕后，开始起爆，6个区域一次完成爆破。爆破后人员进场，对各区域的爆破块度进行统计。

2 炸药单耗对后续机械破磨能耗的影响规律

在每个爆区随机取30 kg破碎块体，并将这些块体破碎至2 mm，所消耗的能量如表2所示。由表可得，随着炸药单耗的增大，将特定体积矿石破碎至2 mm矿粒所消耗的能量呈现先减小后增大的趋势。当炸药单耗为0.32 kg/t时，所需的破碎能耗最小为824 J，表明该单耗下可使矿石充分破碎。

表2 不同爆区爆破碎块破碎至2mm所消耗的能量

矿石破碎至2 mm后，把30 kg岩石进行分成十六等份，取其中两份，在每份中称量出100 g进行筛分，获取筛分曲线如图1所示。由图可得，颗粒级配曲线与炸药单耗的变化规律并不明显，V区的颗粒粒径最小，III区的颗粒粒径最大；IV区和VI区的变化规律基本一致。

图1 破碎至2mm后的颗粒筛分曲线

将每个爆区2 mm（破碎机的出口尺寸）以下矿石样品分别各取1.0 kg进行研磨，研磨时间分别为3 min、5 min、10 min和30 min。研磨后用筛孔尺寸为1 mm、0.280 mm、0.154 mm、0.075 mm的筛子进行振动筛分。每次筛分量取值为100 g，每个爆区按不同的研磨时间各测两次。

不同碾磨时间下的筛分曲线如图2所示。由图可得，来自IV区及VI区的矿体最容易碾磨，相同碾磨时间下的矿粒尺寸明显小于其他各区。当碾磨10 min后，特征尺寸小于75 um的矿粉比例已达80%左右；当碾磨30 min后，各区特征尺寸小于75 um的矿粉比例均达到98%以上。

图2 不同碾磨时间下的筛分曲线

不同碾磨时间下矿粉小于75 um的占比如图3所示。由图可得，随着爆区编号（炸药单耗）的增大，相同碾磨时间下小于75 um矿粉的占比基本呈逐渐增大趋势，当炸药单耗超过0.32 kg/t（IV区）时，占比基本不变。由此可以初步认为，在此透闪矿区台阶情况下，0.32 kg/t是最佳的炸药单耗，使透闪矿石内部破碎效果较好，机械破磨能耗较低。

图3 不同碾磨时间下矿粉小于75 um的占比

3 结论

当起爆延时一致上，随着间排距的减小，通过增加炸药单耗，爆破块度迅速减小，炸药单耗越大，矿石破碎越好，矿石破磨成矿粉能耗越小，通过小台阶爆破的现场试验，可以看出随着炸药单耗的增大，矿石的爆破块度总体呈现出减小的趋势，将矿石破碎成2 mm矿粒的能量也呈逐渐降低的趋势，但降低的趋势逐渐变缓；从不同爆区的碾磨实验可以看出，随着炸药单耗的增大，碾磨效率逐渐提高，但提高趋势逐渐变缓，当炸药单耗大于一定值时，矿石的碾磨效率基本不变，存在最优单耗使破碎效率最优。